Αρχές Προγραμματισμού με το Scratch. Πρόγραμμα Σπουδών και εκπαιδευτικά σενάρια

Transcript

1

2 Αρχές Προγραμματισμού με το Scratch Πρόγραμμα Σπουδών και εκπαιδευτικά σενάρια

3 Συγγραφείς Δρ. Αναστάσιος Λαδιάς Εκπαιδευτικός Πληροφορικής, επιστημονικός συνεργάτης EarthLab του ΠΤΔΕ του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων Δρ. Θεόδωρος Καρβουνίδης Εκπαιδευτικός Πληροφορικής, μεταδιδακτορικός ερευνητής του Τμήματος Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Πειραιώς Αρχές Προγραμματισμού με το Scratch. Πρόγραμμα Σπουδών και εκπαιδευτικά σενάρια Copyright: STEM Education 2018 Επιτρέπεται η χρήση σύμφωνα με την άδεια Creative Commons Attribution ShareAlike 2.0 ISBN:

4 Περιεχόμενα Πρόλογος...5 Πρόγραμμα Σπουδών....7 Εκπαιδευτικά Σενάρια Ενότητα Ενότητα Ενότητα Ενότητα Ενότητα Επίλογος Παράρτημα

5 Πρόλογος Ο όρος STEM, ακρώνυμο από τα τις λέξεις-επιστημονικά πεδία: Science (Φυσικές Επιστήμες), Technology (Τεχνολογία), Engineering (Μηχανική) και Mathematics (Μαθηματικά), αναφέρεται σε ένα συνεκτικό μαθησιακό μοντέλο, μέσω μιας διεπιστημονικής προσέγγισης το οποίο βασίζεται σε εφαρμογές του πραγματικού κόσμου. Ο καθορισμός των στόχων της εκπαίδευσης STEM συνοψίζεται: (α) στη δημιουργία μιας κοινωνίας με γραμματισμό στην προσέγγιση STEM, (β) στην ανάπτυξη εργατικού δυναμικού με ικανότητες του 21ου αιώνα και (γ) στην ανάπτυξη εξελιγμένης έρευνας και ανάπτυξης με εστίαση στην καινοτομία. Από αυτή την περιγραφή διαφαίνεται ότι η εκπαίδευση STEM δραστηριοποιείται στα πλαίσια της ανάπτυξης τεχνικών και επαγγελματικών δεξιοτήτων στη δευτεροβάθμια και στην επαγγελματική εκπαίδευση και κατάρτιση. Όμως θα πρέπει να ληφθεί σοβαρά η άποψη ότι η εστίαση και στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση είναι το ίδιο σημαντική δεδομένου ότι (α) σε όλες τις χώρες η πρωτοβάθμια εκπαίδευση είναι η μεγαλύτερη συνιστώσα της υποχρεωτικής εκπαίδευσης, η οποία στοχεύει στην προσωπική ανάπτυξη που θα επιτρέψει στους μαθητές και μελλοντικούς πολίτες την ενεργό συμμετοχή τους στην κοινωνία και (β) οι μαθητές στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση είναι στην ηλικία που διαμορφώνεται ο χαρακτήρας και οι γνωστικές τους δεξιότητες και κατά συνέπεια η κατανόηση βασικών εννοιών εκεί μπορεί να αυξήσει την αποτελεσματικότητα σε μεταγενέστερα στάδια. Οι δεξιότητες του 21ου αιώνα, αποτέλεσμα της εκπαίδευσης, συνδέονται με την υπολογιστική σκέψη, την κριτική σκέψη και τις ικανότητες επίλυσης προβλημάτων, προβλημάτων που χρησιμοποιούνται και σε μη τεχνολογικές περιοχές. Η γνώση του τρόπου αντιμετώπισης πολύπλοκων προβλημάτων, ο επιμερισμός τους σε μικρότερα κομμάτια και η προσέγγιση τους με λογικό τρόπο είναι κρίσιμες δεξιότητες σε όλα τα πεδία της σύγχρονης παραγωγής. Ένα αντιπροσωπευτικό παράδειγμα της πληροφορικής συνιστώσας του STEM είναι η Εκπαιδευτική Ρομποτική. Επιγραμματικά η εκπαιδευτική ρομποτική ενισχύει την ανάπτυξη υψηλότερων νοητικών δεξιοτήτων και ικανοτήτων επίλυσης προβλήματος, αξιοποιεί την έρευνα στην τάξη, αναπτύσσοντας δεξιότητες κριτικής σκέψης αφού χρησιμοποιείται ως εργαλείο για τη διδασκαλία της πληροφορικής κυρίως για να μυηθούν τα παιδιά στον προγραμματισμό, δίνει κίνητρα βελτίωσης των δεξιοτήτων της συνεργασίας, αναπτύσσοντας την αυτοπεποίθηση και τη δημιουργικότητα καθώς χρησιμοποιείται ως ενισχυτής της ενεργούς συμμετοχής των μαθητών κατά τη διαδικασία της μάθησης εμπλέκοντάς τους σε ομαδοσυνεργατικά projects, λειτουργεί συμπληρωματικά στην εκπαιδευτική διαδικασία δίνοντας τη δυνατότητα στους μαθητές να ασχοληθούν με κάτι αυθεντικό, νοηματοδοτούμενο και χειροπιαστό, το οποίο μπορούν να τροποποιήσουν όπως αυτοί θέλουν, υλοποιώντας αφηρημένες σχεδιαστικές ιδέες που έχουν στο μυαλό τους και βλέποντας άμεσα τα αποτελέσματα αυτής τους της προσπάθειας και αναπτύσσει γνώσεις και ικανότητες του 21ου αιώνα που χρειάζονται οι μαθητές για να επιβιώσουν στη συνεχώς μεταβαλλόμενη κοινωνία των ΤΠΕ. Το βιβλίο αυτό λαμβάνοντας υπόψη τις αρχές του STEM είναι μια πρόταση για την εκμάθηση του προγραμματισμού, χωρίς κανένα προαπαιτούμενο. Η επιλογή του Scratch - που είναι logo-like, τύπου οπτικού προγραμματισμού με lego-like πλακίδια - ως προγραμματιστικού περιβάλλοντος, οφείλεται στο

6 στέρεο παιδαγωγικό υπόστρωμα που διαθέτει και το καθιστά κατάλληλο για τη χρήση του στην εκπαίδευση. Το περιβάλλον αυτό είναι κατάλληλο ακόμη και για την εισαγωγή στον προγραμματισμό παιδιών που δεν έχουν κατακτήσει τη γραφή (λόγω ηλικίας ή ειδικών αναγκών). Η πρόταση του Προγράμματος Σπουδών για τον Προγραμματισμό και τα εκπαιδευτικά σενάρια που το υλοποιούν βήμα - βήμα στο περιβάλλον του Scratch που αναπτύσσεται στο παρόν βιβλίο, φιλοδοξεί να προσφέρει μια ελληνική διδακτική προστιθέμενη αξία στο τεράστιο εκπαιδευτικό υλικό που αναπτύσσεται παγκοσμίως. Δέκα χρόνια παρουσίας και διαδρομής στην εκπαιδευτική ρομποτική και στο STEM Education ήλθε η στιγμή να ανταμώσω με το φίλο και σπουδαίο άνθρωπο και επιστήμονα Τάσο Λαδιά ο οποίος έχει αφιερώσει μια ολόκληρη ζωή στις νέες τεχνολογίες και ειδικά στη πληροφορική και στον προγραμματισμό. Αυτός έφερε και τον έτερο συνοδοιπόρο Θόδωρο Καρβουνίδη άλλον σπουδαίο άνθρωπο και επιστήμονα και έτσι δημιουργήθηκε η ομάδα. Αφού έχεις ομάδα μπορείς να δημιουργήσεις. Αυτό το βιβλίο λοιπόν είναι το αποτέλεσμα αυτής της ομάδας. Αφιερώνεται λοιπόν σε όλους όσους αγάπησαν αυτή μας τη προσπάθεια, σε όσους δεν έχουν ενημερωθεί και αποτελεί μια καλή αφορμή να ενημερωθούν και τέλος σε όλους τους μαθητές μας που αποτελούν τη μοναδική ελπίδα ανάπτυξης της χώρας μας. Γιάννης Σομαλακίδης

7

8 Ο προγραμματισμός ως κύριος άξονας ενός Προγράμματος Σπουδών για την Πληροφορική 1 1. Εισαγωγή Διαχρονικά η εκπαίδευση καλύπτει τις ανάγκες της παραγωγής και το πετυχαίνει προβλέποντας την εξέλιξη στο μέλλον. Λόγω της ταχύτατης εξέλιξης προς τη μετα-βιομηχανική εποχή η πρόβλεψη είναι επισφαλής. Έτσι η πρόταση για ένα Πρόγραμμα Σπουδών (Π.Σ.) δεν μπορεί να στοχεύει σε άκαμπτες δεξιότητες αλλά να βασίζεται στην ευελιξία που παρέχει η ανάπτυξη υπολογιστικής και δημιουργικής σκέψης. Στην Ελλάδα τα (περισσότερα) μέχρι τώρα Π.Σ. Πληροφορικής προσπαθούν να συμπορευτούν με αντίστοιχα Π.Σ. προηγμένων χωρών αντιμετωπίζουν τα γνωστικά αντικείμενα με διαφορετικές κατά καιρούς οπτικές (τεχνολογική, πραγματολογική, ολιστική) εφαρμόζουν ταυτόχρονα ποικίλους τρόπους προσεγγίσεων επιδιώκουν να ικανοποιήσουν πολλαπλούς στόχους ταυτόχρονα (απόκτηση δεξιοτήτων χειρισμού ΤΠΕ, ανάπτυξη υπολογιστικής σκέψης και παροχή εφοδίων για επαγγελματική αποκατάσταση) είναι κατακερματισμένα σε επιμέρους θέματα και είναι απλοϊκά όσον αφορά τη διεπιστημονικότητα στην εφαρμογή της είναι αποσπασματικά και ασυνεχή μεταξύ των βαθμίδων παρά τις καλές προθέσεις των δημιουργών τους είχαν περιορισμένο χρόνο για τη δημιουργία τους και ελλιπή προετοιμασία στην εφαρμογή τους. Ως εκ τούτου συχνά έχουν περιορισμένο βαθμό επιτυχίας. Τα Π.Σ. Πληροφορικής που εφαρμόστηκαν τη δεκαετία του '80 στην Τεχνική Εκπαίδευση (ΤΕΛ & ΤΕΣ) όπως και εκείνα που εφαρμόστηκαν στα γυμνάσια στη δεκαετία του '90 βασιζόταν σε μαθήματα που αντιστοιχούσαν σε γνωστικά αντικείμενα, καθένα από τα οποία διδασκόταν ενιαία και ολοκληρωνόταν σε μία φάση. Ολόκληρο το Π.Σ. ήταν ένα άθροισμα από τέτοια μαθήματα (Σχήμα 1, γραμμή Ι) που όμως δεν έδινε στο μαθητή την έννοια της ολότητας της Πληροφορικής. Στο Σχήμα 1, στη γραμμή Ι παρουσιάζονται διαφορετικές (τρεις) χρονικές ζώνες με τα μαθήματα να αναπαριστάνονται με τις περιοχές διαφορετικών γραμμάτων και χρωμάτων. Αυτή η φιλοσοφία ακολουθήθηκε και στα Π.Σ. για το γενικό Λύκειο το 1998, στα Π.Σ. για τα Τ.Ε.Ε. το 2000 και στα Δ.Ε.Π.Π.Σ. και Α.Π.Σ. για το γυμνάσιο το Μια ποιοτική αλλαγή ήρθε με το Π.Σ. για το "Νέο Σχολείο" που προτάθηκε για την υποχρεωτική εκπαίδευση το 2011, στο οποίο κάθε γνωστικό αντικείμενο προσεγγιζόταν σπειροειδώς σε διαδοχικές τάξεις (Σχήμα 1, γραμμή ΙΙ), το οποίο όμως η πληροφορική ως επιστήμη υστερούσε σημαντικά έναντι των χρήσεων των ΤΠΕ. Στη γραμμή ΙΙ του Σχήματος 1, το κάθε μάθημα κατανέμεται σε όλες τις και χρονικές ζώνες και η πρόσβασή του σε αυτές γίνεται με σπειροειδή προσέγγιση. 1 Το κείμενο αυτό είναι των Λαδιά Αν. & Γώγουλου Γ. και έχει δημοσιευτεί στο περιοδικό «Έρκυνα» Τεύχος 13/2017, της Πανελλήνιας Παιδαγωγικής Εταιρείας Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης (ΠΑ.Π.Ε.Δ.Ε.)

9 Η πρότασή μας για ένα άλλο Π.Σ. Πληροφορικής, αναγνωρίζει τις ιδιαιτερότητες της παραγωγής στη χώρας μας (που βρίσκεται σε κρίση), βασίζεται στις ανάγκες που προκύπτουν από αυτή την κατάσταση και στοχεύει στην προετοιμασία για τη μετάβαση στη μετά την κρίση εποχή. Ο στόχος της πρότασης δεν είναι να γίνουν προγραμματιστές όλοι οι μαθητές αλλά μέσα από το μάθημα της πληροφορικής οι μαθητές προσπαθώντας να επιλύσουν αυθεντικά και νοηματοδοτούμενα προβλήματα, να αναπτύξουν συγκλίνουσα (κριτική - αλγοριθμική - υπολογιστική) σκέψη και αποκλίνουσα (δημιουργική) σκέψη, ενώ ταυτόχρονα να εξοικειωθούν με καταστάσεις ανάπτυξης καινοτομίας που δημιουργούνται από τη διαδοχική μετάβαση από τον ένα τρόπο σκέψης στον άλλο (Brabandere, 2014). Σχήμα 1. Διαφορετικοί τρόποι δόμησης των Π.Σ. που εφαρμόστηκαν και που προτείνονται. Ο πυρήνας της πρότασης βασίζεται σε ένα και μοναδικό γνωστικό αντικείμενο που παίζει το ρόλο του σκελετού / άξονα του Π.Σ., που να εκτείνεται αδιαλείπτως από την Α' Δημοτικού μέχρι τη Γ Λυκείου και το οποίο προτείνεται να είναι ο προγραμματισμός υπολογιστικών μηχανών που συμβολίζεται με τη συνεχή μπλε γραμμή στη γραμμή ΙΙI του Σχήματος 1. Η διδασκαλία πραγματοποιείται μέσα από μακροχρόνια, ομαδοσυνεργατικά, μαθητοκεντρικά, εξατομικευμένα και κλιμακωτής δυσκολίας projects. Τα υπόλοιπα θέματα της πληροφορικής διδάσκονται "επί τόπου" όταν παραστεί ανάγκη και δοθεί η ευκαιρία από το υλικό του μαθήματος (συμβολίζονται με τα πράσινης απόχρωσης τμήματα της γραμμής ΙV του Σχήματος 1), ενώ θέματα απόκτησης δεξιοτήτων χειρισμού των ΤΠΕ κατακτώνται μέσα από την εμπλοκή των μαθητών σε εργασίες στα πλαίσια των projects (συμβολίζονται με τα θερμά χρώματα στη γραμμή V του Σχήματος 1). 2. Ο προγραμματισμός ως μάθημα-άξονας του Π.Σ. Ένα σημαντικό τμήμα της πληροφορικής είναι ο προγραμματισμός. Ο προγραμματισμός υπεισέρχεται με τον ένα ή με τον άλλο τρόπο σχεδόν σε όλο το φάσμα των εφαρμογών της πληροφορικής, με την κατανόηση των αρχών του προγραμματισμού να αποτελεί ένα από τα θεμέλια για τη διδασκαλία της πληροφορικής. Η κατάκτηση των νοητικών δεξιοτήτων που επιτρέπει ο προγραμματισμός στους μαθητές, δημιουργεί τις προϋποθέσεις εκείνες ώστε αυτοί, όχι μόνο να γίνουν κριτικοί καταναλωτές αλλά αναπτύσσοντας υπολογιστική σκέψη, εν δυνάμει να αναδειχθούν σε παραγωγούς γνώσης στη σύγχρονη παγκοσμιοποιημένη αγορά τεχνολογίας. Μέσα από τον προγραμματισμό οι μαθητές εξοικειώνονται με τη μεθοδολογία επίλυσης προβλημάτων: «Οι μαθητές εμπλέκονται σε δραστηριότητες επίλυσης προβλημάτων που έχουν ως σκοπό την καλλιέργεια δεξιοτήτων μεθοδολογικού χαρακτήρα (επεξεργασία δεδομένων, σχεδιασμός και υλοποίηση αλγορίθμων,

10 μοντελοποίηση λύσεων, δημιουργικότητα και καινοτομία) και δεξιοτήτων υψηλού επιπέδου (διερεύνηση, κριτική και αναλυτική σκέψη, συνθετική ικανότητα, ικανότητες επικοινωνίας και συνεργασίας)» (Τζιμογιάννης κ.ά. 2014α). 2.1 Ο προγραμματισμός ως περιβάλλον ανάπτυξης δημιουργικής σκέψης Η γλώσσα είναι εργαλείο επικοινωνίας μεταξύ νοημόνων όντων. Μια γλώσσα προγραμματισμού είναι το μέσο επικοινωνίας με το οποίο επικοινωνούν ο άνθρωπος και η υπολογιστική μηχανή. «Για να οδηγήσεις τον υπολογιστή να κάνει κάτι, πρέπει να περιγράψεις τη σχετική διεργασία, με αρκετή ακρίβεια ώστε να εκτελεστεί απ τη μηχανή διδάσκοντας τον υπολογιστή πώς να σκέφτεται, τα παιδιά ξεκινούν για μια εξερεύνηση του δικού τους τρόπου σκέψης και η σκέψη για τη σκέψη κάνει το παιδί επιστημολόγο» (Papert, 1991). Η συγγραφή κώδικα είναι δημιουργία που αποτελεί την κορυφή της γνωστικής στοχοθεσίας, όπως αυτή της αναθεωρημένης ταξινομίας του Bloom (Krathwohl, 2002). Για το σκοπό αυτό, για τη διδασκαλία του προγραμματισμού μπορεί να χρησιμοποιηθούν προγραμματιστικοί μικρόκοσμοι που είναι προγραμματιστικά περιβάλλοντα κατάλληλα για την εκμάθηση του προγραμματισμού. Αν και οι προγραμματιστικοί μικρόκοσμοι στοχεύουν στην ανάπτυξη δεξιοτήτων επίλυσης προβλημάτων και αλγοριθμικού τρόπου (συγκλίνουσας) σκέψης, υπό προϋποθέσεις μπορεί να χρησιμοποιηθούν ως εκπαιδευτικά εργαλεία για την ανάπτυξη δημιουργικής (αποκλίνουσας) σκέψης. Σε τέτοια περιβάλλοντα μπορεί να πάψει να "φαίνεται αντιφατικό να ζητά κανείς από τα παιδιά να εργαστούν δημιουργικά απευθυνόμενος σε αυτά με τρόπους μη δημιουργικούς" (Ναυρίδης, 1997). Ένα προγραμματιστικό περιβάλλον είναι ένα θερμοκήπιο εν δυνάμει καινοτομιών, μέσα στο οποίο ο μαθητής μπορεί να συσσωρεύσει εμπειρία καλλιεργώντας την αλγοριθμική του σκέψη. Υπό υποβοηθούμενες συνθήκες (scaffolding) ο εκπαιδευτικός μπορεί να τον καθοδηγήσει να σκεφτεί δημιουργικά και να παραγάγει κάτι "καινοτομικό" (Λαδιάς κ.ά., 2017). 2.2 Η επιλογή του προγραμματιστικού περιβάλλοντος Ο προγραμματισμός -αλγόριθμοι και αναπαράσταση δεδομένων (Witrh, 1986)- διδάσκεται με τη χρήση κάποιας γλώσσας προγραμματισμού. Όμως ελλοχεύει ο κίνδυνος οι δυνατότητες και οι περιορισμοί της γλώσσας προγραμματισμού -του προγραμματιστικού περιβάλλοντος που θα επιλεγεί- να επηρεάζουν / περιορίζουν τους στόχους του Π.Σ.. Για να μην συμβεί αυτό, το Π.Σ. θα πρέπει να θέτει τους στόχους και με βάση αυτούς να επιλέγεται εκείνο το προγραμματιστικό περιβάλλον / γλώσσα που τους ικανοποιεί. Οι δύο ακραίες επιλογές είναι είτε να επιλέγεται κάθε φορά εκείνο το προγραμματιστικό περιβάλλον που ικανοποιεί πληρέστερα τους μαθησιακούς στόχους του Π.Σ. είτε να επιλέγεται ένα και μοναδικό προγραμματιστικό περιβάλλον που να ικανοποιεί εν μέρει τους μαθησιακούς στόχους. Και οι δύο επιλογές έχουν μειονεκτήματα και πλεονεκτήματα. Ως μειονέκτημα θεωρείται η απώλεια διδακτικού χρόνου για την εξοικείωση των μαθητών με διαφορετικά προγραμματιστικά περιβάλλοντα ή η μη πλήρης ικανοποίηση των απαιτήσεων του Π.Σ. από το ένα και μοναδικό προγραμματιστικό περιβάλλον. Ως πλεονέκτημα θεωρείται «η μετάβαση από μια γλώσσα προγραμματισμού σε άλλη που βοηθάει τους μαθητές να αναπτύξουν δεξιότητες προσαρμοστικότητας χρήσιμες για μελλοντικές μεταβάσεις σε νέες γλώσσες οι οποίες θα είναι απαραίτητες όταν θα αναπτυχθούν προγραμματιστικά

11 περιβάλλοντα που σήμερα ίσως δεν μπορούμε ούτε να φανταστούμε τις δυνατότητές τους» (Λαδιάς, 2011). Μια προτεινόμενη λύση είναι η επιλογή να γίνεται μεταξύ σχετικά λίγων προγραμματιστικών περιβαλλόντων που αφενός το καθένα εξειδικευμένα να ικανοποιεί τις απαιτήσεις του Π.Σ. και αφετέρου να έχουν μια ενιαία λογική και φιλοσοφία ώστε η εξοικείωση των μαθητών να γίνεται γρήγορα και χωρίς προβλήματα. Μια τέτοια λύση (τουλάχιστον για την υποχρεωτική εκπαίδευση) είναι τα προγραμματιστικά περιβάλλοντα οπτικού προγραμματισμού με πλακίδια τύπου Logo (logo-like), μια ομάδα διαλέκτων προγραμματισμού (Boytchev, 2014) αφενός με ενιαία φιλοσοφία και αφετέρου με ιδιαίτερες δυνατότητες το καθένα, που επιπλέον βασίζονται σε ένα στέρεο παιδαγωγικό υπόστρωμα κατάλληλο για τη χρήση τους στην εκπαίδευση. Σύμφωνα με τον Papert (1991), η γλώσσα logo, αποτελεί μια ολόκληρη θεωρία μάθησης βασισμένη στη γνώση και στην επιστημολογική άποψη του Piaget, και είναι ένα ανοικτό, επεκτάσιμο περιβάλλον προγραμματισμού και ανάπτυξης. Στην εξέλιξή της η logo έχει αποκτήσει εκδόσεις που ενσωματώνουν (η κάθε μια) πολλά ιδιαίτερα χαρακτηριστικά και δυνατότητες όπως η κατασκευή πολυμεσικών και υπερμεσικών εφαρμογών, αλληλεπιδραστικών παιχνιδιών, μοντελοποίηση κ.λπ., με τα οποία ο μαθητής μπορεί να κατασκευάσει από απλές ιστορίες (StoryTelling) και αλληλεπιδραστικές παρουσιάσεις (Interactive SlideShows) μέχρι μη γραμμικές αφηγήσεις (HyperNarratives) και από παιχνίδια (arcade games ή games of fortune) μέχρι μοντελοποιήσεις / προσομοιώσεις φυσικής, βιολογίας και μαθηματικών, ενώ μπορεί να ελέγξει και να προγραμματίσει ρομποτικές κατασκευές. Μέσα από αυτά ο μαθητής έχει την ευκαιρία να κατανοήσει την ολότητα της πληροφορικής και όχι να διαμορφώσει αποσπασματικές και διάσπαρτες νησίδες γνώσης. Μια άλλη δυνατότητα που προσφέρουν ορισμένα σύγχρονα logolike προγραμματιστικά περιβάλλοντα είναι η διεπαφή του «Οπτικού Προγραμματισμού με Πλακίδια» τα οποία συνδυάζονται μεταξύ τους ως κομμάτια πάζλ. Πλεονέκτημα του Οπτικού Προγραμματισμού με πλακίδια είναι ότι ο μαθητής αποφεύγει τα συντακτικά λάθη και εστιάζει απερίσπαστος στον αλγόριθμο (Παπαδόπουλος, 2017). Τα περιβάλλοντα αυτά είναι κατάλληλα ακόμη και για την εισαγωγή στον προγραμματισμό παιδιών που δεν έχουν κατακτήσει τη γραφή (λόγω ηλικίας ή ειδικών αναγκών). Υπάρχουν δε προγραμματιστικά logo-like περιβάλλοντα οπτικού προγραμματισμού (όπως η EasyLogo) που απευθύνονται σε ακόμα μικρότερες ηλικίες, διαθέτοντας ένα περιορισμένο σύνολο εντολών οι οποίες αναπαρίστανται με γραφικό τρόπο. Επιπλέον όλων αυτών το Π.Σ. πρέπει να είναι ευέλικτο, γιατί δεν μπορεί ένα Π.Σ. που ενδεχομένως να εφαρμόζεται για μια δεκαετία μετά τη συγγραφή του, να αποκλείει όλα τα νέα προγραμματιστικά περιβάλλοντα που θα αναπτυχθούν στο διάστημα αυτό. 2.3 Η φιλοσοφία του περιεχομένου Η θεωρητική προσέγγιση της διδασκαλίας του προγραμματισμού μέσα σε ένα logo-like προγραμματιστικό περιβάλλον είναι αυτή του αναδυόμενου εγγραμματισμού (Πανσεληνάς, 2010). Tα παιδιά πρέπει αρχικά να πράττουν, μέσα από αυτό να συσσωρεύσουν εμπειρίες και να αποκτούν προσλαμβάνουσες παραστάσεις, δίνοντας έμφαση σε διαχρονικές έννοιες του προγραμματισμού και όχι σε συγκεκριμένες και εξειδικευμένες δυνατότητες εφήμερων

12 γλωσσών προγραμματισμού σύμφωνα με το πνεύμα του νέου Π.Σ. (Τζιμογιάννης κ.ά. 2014β). Ένα παράδειγμα για αυτή την προσέγγιση είναι να χρησιμοποιηθούν οι εντολές επιλογής (εάν [λογική συνθήκη] τότε...) πριν τη διδασκαλία των μεταβλητών που είναι απαραίτητες για την αλλαγή κατάστασης της λογικής συνθήκης, χρησιμοποιώντας εναλλακτικά λογικές τιμές που προέρχονται από την κατάσταση των αισθητήρων (Σχήμα 2). Σχήμα 2. Η χρήση της εντολής "εάν" με χρήση των καταστάσεων των αισθητήρων στις λογικές συνθήκες αντί της χρήσης μεταβλητών στο προγραμματιστικό περιβάλλον του Scratch. Αργότερα και καθώς ωριμάζουν στο μυαλό των μαθητών οι ιδέες, έρχεται η θεωρία που συστηματοποιεί τις εμπειρίες που έχουν αποκτηθεί μέσα από την πράξη. Αυτό υποβοηθείται με τη σπειροειδή προσέγγιση που πρέπει να διαπνέει ένα Π.Σ. που επιβάλλει πολλαπλά περάσματα σχετικά με κάποιο δύσκολο γνωστικό αντικείμενο (όπως η κατανόηση της έννοιας της μεταβλητής). Μέσα από αυτή τη σπειροειδή προσέγγιση δίνεται στους μαθητές ο απαραίτητος χρόνος για να ωριμάσουν οι ιδέες στο μυαλό τους και να εξοικειωθούν με έννοιες υψηλού επιπέδου χωρίς να χρησιμοποιούνται ορισμοί, χωρίς να διδάσκονται θεωρητικά οι δομές και οι έννοιες, τις οποίες τα παιδιά ξεκαθαρίζουν σταδιακά και με τη συστηματική χρήση τους όπως συμβαίνει και με την εκμάθηση της μητρικής τους γλώσσας. 2.4 Η δομή του περιεχομένου Ο άξονας του προγραμματισμού πρέπει να βασίζεται σε ενότητες με νοητικές σκαλωσιές που να περιλαμβάνουν τα νήματα με (Α) τις χρησιμοποιούμενες εντολές, (Β) την αναπαράσταση του κώδικα, (Γ) την αναπαράσταση των δεδομένων, (Δ) τις προγραμματιστικές τεχνικές και (Ε) την επικοινωνία με το περιβάλλον του υπολογιστή και την αλληλεπίδραση με το χρήστη. Αναλυτικότερα: Α. Οι χρησιμοποιούμενες εντολές μπορούν να κατηγοριοποιηθούν και να προσπελαστούν διδακτικά με διάφορους τρόπους: Προγραμματιστικές δομές, όπως ακολουθία, επανάληψη, επιλογή και συνδυασμοί τους, σχέση περιοδικότητας τμημάτων κώδικα και επαναληψιμότητα, δομές προγράμματος (εντολή, πακέτο εντολών, σενάριο, πρόγραμμα). Συλλογές εντολών ανά σκοπό, όπως συλλογές εντολών κίνησης, ελέγχου, συμβάντων, δεδομένων, αισθητήρων, τελεστών κ.λπ.. Κατηγοριοποίηση της δόμησης εντολών, όπως εντολές χωρίς τιμή, εντολές με τιμή, με παράσταση τιμής, εντολές με μεταβλητή, σύνθετη παράσταση τιμής με χρήση τελεστών και εφαρμογή τους στις επαναλήψεις (όπως "επανάλαβε... φορές", "επανάλαβε για πάντα", "επανάλαβε ώσπου..." και στις δομές ελέγχου (όπως οι "εάν τότε...", "εάν τότε αλλιώς...", χρήσεις λογικών τελεστών και συνδυασμοί τους). Μη συμβατική χρήση ανορθόδοξων συνθέσεων εντολών, οι οποίες υπό κατάλληλες συνθήκες μπορούν να προσδώσουν καινοτομικά χαρακτηριστικά στον κώδικα.

13 Β. Στην αναπαράσταση του κώδικα συμπεριλαμβάνονται: Τμηματοποίηση κώδικα με αρθρώματα ανά αντικείμενο, ανά κατάσταση, ανά σενάριο, με διαδικασίες εντός σεναρίου. Επίσης δυνατότητα χρήσης βιβλιοθηκών διαδικασιών. Αναλογίες φυσικών προβλημάτων και προγραμματιστικών διαδικασιών, ανάλυση και σύνθεση συστημάτων/προβλημάτων με δομημένο τρόπο, εννοιολογική ονοματοδοσία διαδικασιών ως ρήματα, σχόλια στον κώδικα και ευανάγνωστο πρόγραμμα. Ιεραρχία σε προγράμματα με δενδροειδή δόμηση, όρια κοκκοποίησης διαδικασιών, διαχείριση της πολυπλοκότητας, η προγραμματιστική απλότητα ως απόσταγμα γνώσης. Απόκρυψη λεπτομερειών ανάλογα με τα επίπεδα της ιεραρχίας. Παραμετροποίηση διαδικασιών με κώδικες-πολυεργαλεία και βελτιστοποίηση κώδικα. Χρήση Ψευδοκώδικα. Χρωματική αποκωδικοποίηση ενός προγράμματος οπτικού προγραμματισμού με πλακίδια. Εναλλακτικοί τρόποι χρήσης των διαδικασιών, των μηνυμάτων και των κλώνων για το σχηματισμό προγραμματιστικών δομών π.χ. η πολλαπλή εκτέλεση μέρους του κώδικα με μηνύματα, με κλώνους και με αναδρομή (άμεση και έμμεση) ή και με συνδυασμούς τους. Γ. Στην αναπαράσταση των δεδομένων μπορούν να περιλαμβάνονται θέματα όπως: Δεδομένα και μεταβλητές ( γυμνές τιμές, μεταβλητές και τιμές τους, χρήσεις συναρτήσεων που επιστρέφουν τιμές, καθολικές και τοπικές μεταβλητές εντός αντικειμένων, μεταβλητές που ορίζονται από τον προγραμματιστή και εξ ορισμού μεταβλητές του προγραμματιστικού περιβάλλοντος, αριθμητικές, αλφαριθμητικές και λογικές μεταβλητές, απλές μεταβλητές και αναμονές για δομές δεδομένων, αντιστοιχίσεις τιμών με χρώματα, νότες, ρόλοι των μεταβλητών ως μετρητές, αθροιστές, σημαίες/σήματα, ρόλοι των δεδομένων ως σταθερές και μεταβλητές, εννοιολογική ονοματοδοσία μεταβλητών ως ονόματα, τεχνική ονοματοδοσίας CamelCase ). Δομές δεδομένων (στατικές και δυναμικές) και υλοποίηση με αυτές εξειδικευμένων ως προς τον τρόπο χρήσης π.χ. ευρετηρίων, συνόλων, εγγραφών κ.λπ. ή εξειδικευμένων ως προς τον τρόπο προσπέλασης π.χ. ουρών, στοιβών, δένδρων και δικτύων. Αντιμετώπιση των αντικειμένων ως φορέων δεδομένων. Δ. Στις προγραμματιστικές τεχνικές μπορούν να προσεγγιστούν θέματα: Δομημένου (τμηματικού και ιεραρχικού) προγραμματισμού. Συνδυασμού σειριακού και παράλληλου προγραμματισμού. Προγραμματισμού καθοδηγούμενο από γεγονότα (event driven programming) με χρήση συμβάντων. Η διαχείριση αιτημάτων υλοποιείται με τεχνική polling ή με τεχνικές διαχείρισης interrupts. Προγραμματισμού βασισμένου σε αντικείμενα (Object Based Programming) με χρήση κλώνων. Αντικειμεστρεφή Προγραμματισμού. Ε. Στην επικοινωνία με το περιβάλλον του υπολογιστή και την αλληλεπίδραση με το χρήστη μπορούν να περιλαμβάνονται τα θέματα όπως: Ανίχνευση τιμών αισθητήρων.

14 Διαχείριση εσωτερικών και εξωτερικών συμβάντων/γεγονότων Αλληλεπίδραση αντικειμένου με το χώρο και το χρόνο του προγραμματιστικού περιβάλλοντος, με άλλα αντικείμενα, με το χρήστη μέσω περιφερειακών συσκευών. Διάκριση των ρόλων προγραμματιστή-χρήστη-προγράμματος. Σύμβαση για εντολές που χρησιμοποιεί ο προγραμματιστής στο πρόγραμμα και διαταγές του χρήστη προς το πρόγραμμα. Σχήμα 3. Τα πέντε νήματα από κοινού σχηματίζουν τον άξονα του προγραμματισμού που με μια συνεχή σπειροειδή γραμμή διασχίζει όλο το περιεχόμενο του Π.Σ Η διδακτική προσέγγιση του περιεχομένου Η όλη σχεδίαση της διδακτικής προσέγγισης στοχεύει στην ανάπτυξη μιας συνεχούς σπειροειδούς γραμμής (Σχήμα 3) που διασχίζει όλο το περιεχόμενο ώστε παιδαγωγικά να χαραχθεί μια κλιμακωτής δυσκολίας μαθησιακή πορεία που να ξεκινά από το συγκεκριμένο και βιωματικό και να καταλήγει με επίπεδα αφαίρεσης στο θεωρητικό. Η μεθοδολογία αυτής της προσέγγισης μπορεί να είναι όπως στο παρακάτω παράδειγμα: Σε πρώτη φάση σε ένα περιβάλλον οπτικού προγραμματισμού (π.χ. Scratch) οι μαθητές εξοικειώνονται με έναν απλό αλγόριθμο (π.χ. αντιμετάθεση απλών δεδομένων), μετά (ως διαδικασία) τον ενσωματώνουν σε έναν άλλο αλγόριθμο (εύρεση θέσης μέγιστου σε μια σειρά δεδομένων), στη συνέχεια αυτό το ενσωματώσουν σε έναν πιο σύνθετο αλγόριθμο (ταξινόμηση επιλογής με χρήση δομής δεδομένων). Σε δεύτερη φάση -αφού έχουν κατακτήσει τον αλγόριθμοδιατρέχουν την ίδια πορεία σε ένα άλλο προγραμματιστικό περιβάλλον (κειμενική γλώσσα, π.χ. python) ώστε να κατακτήσουν το συντακτικό του νέου περιβάλλοντος. Αφού και αυτά γίνουν κτήμα τους προχωράνε και σε άλλα είδη ταξινόμησης (π.χ. ταξινόμηση φυσαλίδας) ενσωματώνοντας τις επιπλέον δυνατότητες που 2 Η απεικονιζόμενη σπείρα είναι έργο του Ολλανδού εικαστικού καλλιτέχνη Maurits Cornelis Escher. Θα παρατηρήσουμε ότι η σχεδίαση της διδακτικής προσέγγισης του προτεινόμενου προγράμματος σπουδών εναρμονίζεται με τη σύλληψη του Escher.

15 παρέχει το νέο περιβάλλον. Στη συνέχεια συγκρίνουν όλα τα προηγούμενα προγράμματα ανεβαίνοντας τα επίπεδα της ταξινομίας του Bloom. Η πρώτη φάση που αναφέρθηκε αντιστοιχεί σε οριζόντιες σαρώσεις του περιεχομένου στον πίνακα περιεχομένων ενώ η δεύτερη φάση αντιστοιχεί σε κατακόρυφες κινήσεις στον ίδιο πίνακα (Σχήμα 4). Για την ανάπτυξη της αλγοριθμικής σκέψης οι μαθητές εμπλέκονται σε δραστηριότητες επίλυσης προβλημάτων που έχουν ως σκοπό την καλλιέργεια δεξιοτήτων μεθοδολογικού χαρακτήρα και δεξιοτήτων υψηλού επιπέδου. Τα προβλήματα που καλούνται να αντιμετωπίσουν οι μαθητές πρέπει να είναι αυθεντικά και νοηματοδοτούμενα, πρέπει να είναι προβλήματα που να σχετίζονται με τα ενδιαφέροντά τους και πρέπει να εμπεριέχουν χαρακτηριστικά παιχνιδιού ώστε να είναι ελκυστικά για τους μαθητές. Κατά τη διδακτική προσέγγιση του περιεχομένου μπορούν να χρησιμοποιηθούν μεθοδολογίες επίλυσης προβλημάτων όπως: Τεχνική διαίρει και βασίλευε, αναζήτηση της λύσης μέσω πολλαπλών δοκιμών και σταδιακών βελτιώσεων του κώδικα, για να λύσεις ένα πρόβλημα ψάξε να βρεις κάτι που να μοιάζει με αυτό το οποίο ήδη καταλαβαίνεις, debugging (εκσφαλμάτωση) και αποενοχοποίηση του σφάλματος: "Η ερώτηση σχετικά με ένα πρόγραμμα, δεν είναι αν είναι σωστό ή λανθασμένο, αλλά αν διορθώνεται" (Papert 1991). Σχήμα 4. Ενδεικτικός πίνακας της δομής του περιεχομένου στον οποίο οι οριζόντιες κινήσεις δείχνουν τον τρόπο προσπέλασης του περιεχομένου στη φάση συσσώρευσης εμπειρίας και οι κατακόρυφες κινήσεις τον τρόπο προσπέλασης του περιεχομένου στη φάση της γενίκευσης. 3. Το περιεχόμενο της λοιπής πληροφορικής και των ΤΠΕ Τα υπόλοιπα θέματα της πληροφορικής και των ΤΠΕ θα διδάσκονται "επί τόπου" όταν παραστεί ανάγκη κατά την εξέλιξη της διδασκαλίας του γνωστικού αντικειμένου-άξονα (προγραμματισμός). Eνδεικτικά αναφέρονται μερικά παραδείγματα για την "λοιπή" πληροφορική: Δυαδικό σύστημα και στοιχεία της άλγεβρας Bool όταν θα διδαχθούν τα AND & OR δεκαεξαδικό σύστημα κατά την αναπαράσταση του χρώματος (RGB...) όταν

16 χρειαστεί να διδαχθεί η συνθήκη "αγγίζει το τάδε χρώμα το δείνα χρώμα" (στο Scratch) θέματα βάσεων δεδομένων ως ανάγκη όταν χρειαστεί να αντιμετωπιστούν μαζικά δεδομένα στον προγραμματισμό διαχείριση αιτημάτων διακοπών (με τεχνικές polling & interrupt) για να γίνει η σύγκριση καθοδηγούμενου από γεγονότα προγραμματισμού (εντολές "Όταν" στο Scratch) με τον κλασικό προγραμματισμό (εντολές "Εάν") διαχείριση περιφερειακών συσκευών όταν θελήσουμε να προγραμματίσουμε μικροεπεξεργαστές (π.χ. arduino) γνωριμία με το Λειτουργικό Σύστημα μέσω της διαχείρισης αρχείων μέσα από την ανάγκη να αποθηκεύσουν το εκάστοτε υλικό που παράγουν γνωρίζοντας έτσι την οργάνωση των αρχείων σε φακέλους και την ιεραρχία τους. Επίσης ενδεικτικά αναφέρονται μερικά παραδείγματα αξιοποίησης των ΤΠΕ στη διδασκαλία της πληροφορικής: Λογισμικό για καταιγισμό ιδεών και νοητικοί χάρτες για την καταγραφή και οργάνωση των αποτελεσμάτων ενός brain storming κατά την αναζήτηση ενός θέματος με το οποίο θα αναπτύξουν ένα project οι μαθητές ιστοεξερευνήσεις για την αναζήτηση του τι υπάρχει σχετικό με αυτό το θέμα στον παγκόσμιο ιστό λογισμικό χρονοπρογραμματισμού project (π.χ. MS-project ή αντίστοιχο ΕΛΛΑΚ) για την σχεδίαση και παρακολούθηση των εργασιών ενός project στον προγραμματισμό χρήση συνδυασμού ομαδοσυνεργατικών εργαλείων γραφείου (π.χ. google docs) και επικοινωνίας (π.χ. skype) για τη συγκέντρωση δεδομένων μέσω ερωτηματολογίων (π.χ. google forms), την οπτικοποίησή τους (λογιστικά φύλλα), την περιγραφή τους (π.χ. επεξεργαστές κειμένου) και την παρουσίασή τους (π.χ. prezi) επεξεργασία πολυμεσικών υλικών (κείμενο, εικόνα -στατική, animation, βίντεοκαι ήχου) με τα αντίστοιχα λογισμικά (gimp, flash, premiere...) χρήση ρομποτικών συσκευών για την εφαρμογή του προγραμματισμού σε αυτές χρήση 3D printer π.χ. για τη δημιουργία υλικής διεπαφής με το πρόγραμμα χρήση λογισμικού για την ανάπτυξη πολυτροπικών υπεραφηγήσεων Οργανική συνάφεια του Π.Σ. πληροφορικής με άλλα γνωστικά αντικείμενα Το προτεινόμενο Π.Σ. πληροφορικής με άξονα τον προγραμματισμό δεν πρέπει να είναι αυτοτελές αλλά να έχει οργανική συνάφεια με τα Π.Σ. των υπολοίπων γνωστικών αντικειμένων που διδάσκονται στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση. Αυτή η συνάφεια δεν μπορεί να είναι μια "χαλαρή" διεπιστημονική προσέγγιση όπου η Πληροφορική υποβιβάζεται σε αξιοποίηση των ΤΠΕ στη διδασκαλία των άλλων γνωστικών αντικειμένων. Σχήμα 5. Ένας αναδρομικός αλγόριθμος που σχεδιάζει τη δομή ενός δένδρου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως παράδειγμα φαινομένου στο οποίο τέμνονται Π.Σ. διαφόρων γνωστικών αντικειμένων.

17 Τέτοιο παράδειγμα φαινομένου που μπορεί να θεωρηθεί από διαφορετικές οπτικές, μπορεί να είναι ο κλασματομορφισμός που δημιουργείται με την αναδρομή. Οι αναδρομικές διαδικασίες συναντώνται στην καθημερινή εμπειρία με παραδείγματα την ανθρώπινη γλώσσα, τις ακρογιαλιές, τις νιφάδες του χιονιού, το φύλλωμα ενός δένδρου, και όλες τις μορφές φράκταλ από τους παλμούς της ανθρώπινης καρδιάς μέχρι την κατανομή των γαλαξιών και τις χαοτικές διαδικασίες (Λαδιάς & Μικρόπουλος, 1993). Έτσι τα fractals μπορούν είτε να εξεταστούν ως μηχανισμοί από τη σκοπιά των μαθηματικών και της πληροφορικής είτε να ειδωθούν ως αποτελέσματα από τη σκοπιά της φυσικής, της βιολογίας, της γεωγραφίας, της φυσιολογίας, της φυτολογίας, των εικαστικών τεχνών κ.λπ. (Σχήμα 5). Στο σχήμα 6 οι περιοχές των τομών απεικονίζονται με τα σημεία Α, Β, Γ και Δ. Αυτές οι περιοχές μπορούν να λειτουργήσουν ως υπόστρωμα για τη σχεδίαση μετά-π.σ. "φαινομένων" αντίστοιχων με αυτά των νέων Φινλανδικών Π.Σ. όπου οι μαθητές αντί για μεμονωμένα μαθήματα, διδάσκονται γεγονότα και φαινόμενα σε μια διεπιστημονική μορφή. Για παράδειγμα ένα τέτοιο πεδίο θα μπορούσε να είναι οι αναλογίες μεταξύ της γλώσσας ως μέσου επικοινωνίας μεταξύ των ανθρώπων, του προγραμματισμού ως γλώσσας επικοινωνίας ανθρώπου-μηχανής και της κωδικοποίησης της οπτικής γλώσσας στα εικαστικά. Η γενική ιδέα των Φινλανδικών Π.Σ. είναι, ότι οι μαθητές θα μπορούν να αποφασίσουν μόνοι τους ποιο θέμα ή φαινόμενο θέλουν να μελετήσουν, λαμβάνοντας υπόψη τους τις φιλοδοξίες και τις δυνατότητές τους για το μέλλον. Σχήμα 6. Τα σημεία τομής των περιεχομένων διαφόρων Π.Σ. (π.χ. οι περιοχές Α, Β, Γ, Δ) μπορούν να λειτουργήσουν ως "φαινόμενα" τα οποία οι μαθητές επιλέγουν για να μελετήσουν αυτόνομα. Έτσι στο παράδειγμα του σχήματος 6, οι μαθητές θα μπορούν αρχικά να επιλέξουν να μελετήσουν (επιφανειακά όσον αφορά την πληροφορική) το σύνολο των φαινομένων Α, Β, Γ και Δ και στη συνέχεια -εφόσον τους προκληθεί το ενδιαφέρον- να εμβαθύνουν στο τμήμα Β-Γ του Π.Σ. της πληροφορικής, ευελπιστώντας ότι θα ενδιαφερθούν να εξειδικευτούν στην πληροφορική καλύπτοντας εξαντλητικά ολόκληρο το περιεχόμενο του Π.Σ. της πληροφορικής.

18 Αναφορές Brabandere, Luc de. (2014). On Strategy: What Managers Can Learn from Philosophy. Ανάκτηση από το Boytchev, P. (2014). Logo Tree Project. Ανακτήθηκε την 30/5/2017 από Krathwohl, D. R. (2002). A revision of Bloom's taxonomy: An overview. Theory Into Practice 41 (4) Λαδιάς, Α. (2011). Ο προγραμματισμός Η/Υ στο νέο Π.Σ. της υποχρεωτικής εκπαίδευσης στο πλαίσιο του μαθήματος για τον Πληροφορικό Γραμματισμό. CIE 2011, Πειραιάς. Λαδιάς, Α. (2017). Σχεδίαση του περιεχομένου ενός ΜΑΔΜ για τη διδασκαλία του προγραμματισμού με το Scratch στην υποχρεωτική εκπαίδευση. 4ο Συνέδριο ΠΕΣΣ, Ιωάννινα. Λαδιάς, Α., Καρβουνίδης, Θ., Λαδιάς, Δ., Δουληγέρης, Χ. (2017). Προγραμματιστικός μικρόκοσμος στο Scratch ως εκπαιδευτικό υλικό για τις Δημιουργικές Εργασίες. Συνέδριο 9th CIE, Πειραιάς. Λαδιάς, Α., Μικρόπουλος, Α. (1993). Αναδρομικότητα και χάος. 1ο Πανελλήνιο Διδακτική των Μαθηματικών και Πληροφορική στην Εκπαίδευση. ΠΤΔΕ Πανεπιστημίου Ιωαννίνων. Ναυρίδης, Κ. (1997). Η δημιουργικότητα στην παιδαγωγική σχέση. Θεωρία και Πράξη. Αθήνα Πανσεληνάς Γ. «Πληροφορικός αλφαβητισμός» στο σύγχρονο ελληνικό σχολείο. Ανακτήθηκε την 30/5/2017 από Παπαδόπουλος Β. (2017). Εκπαιδευτικά προγραμματιστικά περιβάλλοντα στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση. Μια συγκριτική εμπειρική μελέτη. Ιωάννινα: Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Papert, S. (1991). Νοητικές θύελλες. Παιδιά, Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές και Δυναμικές Ιδέες. Τα πάντα γύρω από τη Logo. Αθήνα: Οδυσσέας. Τζιμογιάννης, A., Κόμης, Β., Φεσάκης, Γ., Λαδιάς, Α., Γουμενάκης, Ι., Λιακοπούλου, Ε., Σαρίδου, Χ., Σιμωτάς, Κ., Σταματοπούλου, Ε., Τσάκαλης, Π., Τσιωτάκης, Π. (2014α) Πρόγραμμα Σπουδών: Επιστημονικό Πεδίο: Πληροφορική και νέες τεχνολογίες: Διδακτικό Μαθησιακό Αντικείμενο/Τάξη/επίπεδο εκπαίδευσης: Τεχνολογίες Πληροφορίας και Επικοινωνιών Α -ΣΤ Δημοτικού. Υπουργείο Παιδείας & Θρησκευμάτων. Ινστιτούτο Εκπαιδευτικής Πολιτικής. Ανακτήθηκε την 30/5/2017 από Τζιμογιάννης, Α., Φεσάκης, Γ., Λαδιάς, Α., Λιακοπούλου, Ε., & Τσιωτάκης, Π. (2014β). Το Πρόγραμμα Σπουδών για τον Πληροφορικό Γραμματισμό στο Γυμνάσιο: Οδηγός για τον εκπαιδευτικό. Αθήνα: Υπουργείο Παιδείας και Θρησκευμάτων, Ινστιτούτο Εκπαιδευτικής Πολιτικής. Witrh,N. (1990). Αλγόριθμοι & Δομές Δεδομένων. Αθήνα: Κλειδάριθμος.

19 Το Προτεινόμενο Πρόγραμμα Σπουδών για τον προγραμματισμό Η ανάγκη για την ύπαρξη ενός Προγράμματος Σπουδών εστιασμένου στον Προγραμματισμό των ηλεκτρονικών συσκευών εμφανίστηκε το 2010 κατά τη συμμετοχή του Τ. Λαδιά ως εμπειρογνώμονα στη σύνταξη του Προγράμματος Σπουδών για τον Πληροφορικό Γραμματισμό στην υποχρεωτική εκπαίδευση, στο Πλαίσιο της πράξης "ΝΕΟ ΣΧΟΛΕΙΟ (Σχολείο 21ου αιώνα) -Νέο πρόγραμμα σπουδών" στο επιστημονικό πεδίο Πληροφορικός Γραμματισμός. Το Πρόγραμμα Σπουδών που προτείνεται εδώ ακολουθεί τη φιλοσοφία του Π.Σ. του Νέου Σχολείου και αποτελεί εξειδίκευσή του όσον αφορά τον προγραμματισμό. Αν και υπήρξε ένα σημαντικό υπόβαθρο σχετικό με τη γλώσσα logo (βιβλίο "Η logo στην εκπαιδευτική διαδικασία" των Α. Μικρόπουλου & Α. Λαδιά, το 1997), η βασική ιδέα για το περιεχόμενο του Προγράμματος Σπουδών καταγράφηκε για πρώτη φορά στο άρθρο των Α. Λαδιά & Β. Ρεπαντή, «Διδακτικές προσεγγίσεις στην πληροφορική με ΤΠΕ») στο 1ο Πανελλήνιο Συνέδριο της ΠΕΣΣ το Ακολούθησε μια διαδικασία εκκόλαψης με δοκιμές στην πράξη ( ), ανατροφοδοτήσεις και θεωρητικές ζυμώσεις που συμπεριλάμβανε περισσότερες από είκοσι σχετικές επιμορφώσεις στους εκπαιδευτικούς πληροφορικής της περιοχής ευθύνης του Α. Λαδιά ως Σχολικού Συμβούλου, την αξιολόγηση του περιεχομένου των επιμορφώσεων από τους εκπαιδευτικούς που τις παρακολούθησαν, αλλά και την ανατροφοδότηση από εκείνους που τις εφάρμοσαν στις τάξεις τους, με παράλληλες επτά παρουσιάσεις σε συνέδρια, δεκαέξι δημοσιεύσεις σε περιοδικά και εμπλοκές σε δύο ετήσια projects παραγωγής εκπαιδευτικού υλικού με το Scratch, ενώ η διαδικασία ελέγχου του Προγράμματος Σπουδών ολοκληρώθηκε αφενός με μια τελική δοκιμή σε ακροατήριο εκπαιδευτικών στο 2ο Θερινό Σχολείο Εκπαιδευτικής Ρομποτικής του WRO-hellas.gr και αφετέρου με την παραγωγή -ως προϊόν ωρίμανσης- ενός MOOC για τη διδακτική του προγραμματισμού στην πλατφόρμα του Coursity.gr. Αποτέλεσμα ήταν να παραχθεί ένα εκπαιδευτικό υλικό που υπήρξε το απόσταγμα αυτής της διαδικασίας. Όλο αυτό το εκπαιδευτικό υλικό και ο τρόπος που είχε δομηθεί για να εξυπηρετηθεί η διδακτική του προσέγγιση αποτέλεσε την πρώτη ύλη για το Πρόγραμμα Σπουδών που προτείνεται παρακάτω. Αν και η προσέγγιση (από κάτω προς τα πάνω) που αναπτύχθηκε το παρόν Πρόγραμμα Σπουδών είναι ανορθόδοξη, αυτή ακριβώς η προσέγγιση εξασφαλίζει το πλεονέκτημα (το Π.Σ.) να διαθέτει ένα εκπαιδευτικό υλικό υψηλής συμβατότητας.

20 Ενότητα μαθημάτων 1. Το ρομπότ... κινείται Στην παρούσα ενότητα το προτεινόμενο αυθεντικό & νοηματοδοτούμενο αφήγημα είναι η κίνηση ενός εικονικού ρομποτικού οχήματος. (Α) Οι χρησιμοποιούμενες εντολές όσον αφορά (α1) τη δομή της εντολής αναφέρονται στα: αυτoτελής εντολή, κατηγοριοποίηση εντολών, εντολή με (ρυθμιζόμενη) τιμή, τιμή από εμφωλευμένη συνάρτηση, τιμή από προεπιλεγμένο κατόλογο παραμέτρων, εντολή εκτέλεσης προγράμματος (ως συμβάν) και (α2) την προγραμματιστική δομή πρόκειται για ακολουθία εντολών. (Β) Στην αναπαράσταση του κώδικα αναφέρονται η εντολή, το άθροισμα εντολών σε αντπαράθεση με το σύνολο εντολών, το πακέτο εντολών και το (ενιαίο) πρόγραμμα (του προγραμματιστή). (Γ) Στην αναπαράσταση των δεδομένων αναφέρονται οι αριθμητικές τιμές, η "αναμονή" για μεταβλητή με τιμές αριθμητικές (πλήθος βημάτων & μοιρών, πάχος & χρώμα γραμμής, μονάδες μέτρησης, και η επιλογή από προεπιλεγμένος κατόλογος παραμέτρων. (Δ) Στις προγραμματιστικές τεχνικές περιλαμβάνεται ο σειριακός προγραμματισμός σε ένα αντικείμενο με προέλευση είτε ενδογενή είτε εισαγώμενη από αρχείο εικόνας. (Ε) Στην επικοινωνία με το περιβάλλον του υπολογιστή και την αλληλεπίδραση με το χρήστη αναφέρονται το αίτημα εκτέλεσης του προγράμματος, η διαταγή (του χρήστη), η εκτέλεση προγράμματος (σεναρίου) και η διαχείριση των διαταγές του χρήστη. Τέλος όσον αφορά την ανάδειξη της Υπολογιστικής Σκέψης γίνονται αναφορές στη συγκλίνουσα (αλγοριθμική) σκέψη και στον προγραμματισμό ως γλώσσα.

21

22

23 Ενότητα μαθημάτων 2. Το ρομπότ ως αυτόματο Στην παρούσα ενότητα το προτεινόμενο αυθεντικό & νοηματοδοτούμενο αφήγημα είναι να προγραμματιστεί το εικονικό ρομποτικό όχημα να συμπεριφέρεται ως αυτόματο. (Α) Οι χρησιμοποιούμενες εντολές όσον αφορά (α1) τη δομή της εντολής συμπεριλαμβάνει συνδυασμό προεπιλεγμένου καταλόγου παραμέτρων και ρυθμίσιμων τιμών και (α2) την προγραμματιστική δομή περιλαμβάνει τη δομή επανάληψης (προκαθορισμένου πλήθους επαναλήψεων και ατέρμονου βρόχου) και συνδυασμό δομής ακολουθίας και δομής επανάληψης. (Β) Στην αναπαράσταση του κώδικα αναφέρονται η έννοια του σεναρίου, ο δομημένος τμηματικός ιεραρχικός προγραμματισμός και ο ορισμός και η κλήση υποπρογραμμάτων / διαδικασιών. (Γ) Στην αναπαράσταση των δεδομένων αναφέρονται οι μεταβλητές που ορίζονται από το προγραμματιστικό περιβάλλον (αρχικοποίηση και αύξηση τιμής μεταβλητής), οι καρτεσιανές συντεταγμένες, οι αρνητικοί αριθμοί και οι αντιστοιχίες αριθμών μεγεθών. (Δ) Στις προγραμματιστικές τεχνικές περιλαμβάνονται ο σειριακός και ο παράλληλος προγραμματισμός, τα μη τερματίσιμα προγράμματα, ο έλεγχος εκτέλεσης της ροής του προγράμματος σε ένα αντικείμενο με προέλευση είτε ενδογενή είτε εισαγώμενη από αρχείο εικόνας. (Ε) Στην επικοινωνία με το περιβάλλον του υπολογιστή και την αλληλεπίδραση με το χρήστη αναφέρονται το αίτημα εκτέλεσης του προγράμματος, η διαταγή (του χρήστη) και η εκτέλεση προγράμματος (σεναρίου), η μονόδρομη & η αμφίδρομη επικοινωνία προγράμματος χρήστη (ενημερώσεις), η επικοινωνία προγράμματος προγραμματιστή (σχόλια) και η επικοινωνία στο εσωτερικό του προγράμματος (με μηνύματα ή μεταβλητές/σημαίες). Τέλος όσον αφορά την ανάδειξη της Υπολογιστικής Σκέψης γίνονται αναφορές στη συγκλίνουσα (αλγοριθμική) σκέψη και στις διεργασίες εκσφαλμάτωσης.

24

25

26

27 Ενότητα μαθημάτων 3. Το αυτόνομο ρομπότ Στην παρούσα ενότητα το προτεινόμενο αυθεντικό & νοηματοδοτούμενο αφήγημα είναι το εικονικό ρομποτικό όχημα να ανιχνεύει το περιβάλλον του και να κινείται αυτόνομα. (Α) Οι χρησιμοποιούμενες εντολές όσον αφορά (α1) τη δομή της εντολής περιλαμβάνει τις εντολές με χρήση συνθηκών αποφάσεων με τις τιμές των αισθητήρων ως τελεστές σύγκρισης στη λογική συνθήκη της εντολής, με συνδυασμό των τιμών των αισθητήρων σε τελεστές σύγκρισης και σε λογικούς τελεστές διάζευξης & σύζευξης στη λογική συνθήκη της εντολής, τη χρήση πολυσύνθετων λογικών συνθηκών και (α2) την προγραμματιστική δομή είναι ο έλεγχος της ροής του προγράμματος αφενός με τις εντολές επιλογής (εάν τότε, εάν τότε αλλιώς) καθώς και εμφωλεύσεις εντολών επιλογής, αφετέρου με την εντολή μετάδοσης μηνύματος. (Β) Στην αναπαράσταση του κώδικα αναφέρονται η Ιεραρχική σχεδίαση (διαίρει και βασίλευε, απόκρυψη λεπτομερειών, αυτόνομα modules που καθορίζουν συγκεκριμένες συμπεριφορές), η Τμηματοποίηση του κώδικα με σενάρια συμβάντων, η Τμηματοποίηση του κώδικα ανά αντικείμενο και ανά κατάσταση (με αναφορά στο Μοντέλο Πεπερασμένων Καταστάσεων). (Γ) Στην αναπαράσταση των δεδομένων αναφέρονται οι τιμές των αισθητήρων ως δεδομένα που οι τιμές τους μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια εκτέλεσης του προγράμματος, οι δισταθείς τιμές αισθητήρων που αντιστοιχούν σε απλές λογικές καταστάσεις (λογικές boolean μεταβλητές), τα δεδομένα συνδεδεμένα με τα αντικείμενα (π.χ. θέση_χ), η έννοια της μεταβλητής, η αντιπαράθεση διακριτών τιμών έναντι περιοχών τιμών μεταβλητών, οι μεταβλητές σε ρόλους μετρητών και σημαιών /σηματωρών. (Δ) Στις προγραμματιστικές τεχνικές περιλαμβάνονται ο προγραμματισμός ο βασισμένος σε αντικείμενα (Object Based Programming), οι διακλαδώσεις της ροής του προγράμματος κατά την εκτέλεσή του, η επαναφορά σε προτέρα κατάσταση, η χρήση βιβλιοθηκών υποπρογραμμάτων και σπέρματα οπτικοποίησης κώδικα σε ζεύγος αντικειμένων με προέλευση είτε ως εισαγώμενο από άλλο αρχείο προγράμματος Scratch είτε με αναπαραγωγή υπάρχοντος αντικειμένου. (Ε) Στην επικοινωνία με το περιβάλλον του υπολογιστή και την αλληλεπίδραση με το χρήστη αναφέρονται τα εσωτερικά συμβάντα που ανιχνεύονται από αισθητήρες με τεχνική polling, τα αιτήματα μέσω μηνυμάτων, η επικοινωνία με το χρήστη, το "φυσικό" περιβάλλον και τις προγραμματιστικές οντότητες (διαδικασίες, αντικείμενα) με χρήση μηνυμάτων και σημάτων (σημαίες) και η μονόδρομη επικοινωνία μέσω περιφερειακών συσκευών. Τέλος όσον αφορά την ανάδειξη της Υπολογιστικής Σκέψης γίνονται αναφορές στην Ανάλυση & τη σύνθεση, στην εκσφαλμάτωση & στη βελτιστοποίηση της λύσης.

28

29

30

31 Ενότητα μαθημάτων 4. Το τηλεκατευθυνόμενο ρομπότ Στην παρούσα ενότητα το προτεινόμενο αυθεντικό & νοηματοδοτούμενο αφήγημα είναι το εικονικό ρομποτικό όχημα να τηλεχειρίζεται από τον οδηγόχρήστη. (Α) Οι χρησιμοποιούμενες εντολές όσον αφορά (α1) τη δομή της εντολής είναι... η αντιστοίχηση των εντολών "επανάλαβε ώσπου " και "περίμενε ώσπου...", η προσέγγιση της εντολής "περίμενε ώσπου..." ως βρόχο και (α2) την προγραμματιστική δομή είναι η χρήση συνθηκών αποφάσεων σε εντολές επιλογών και επανάληψεων. (Β) Στην αναπαράσταση του κώδικα αναφέρονται ο Δομημένος προγραμματισμός, η περατότητα του κώδικα, η δημιουργία και κλήση παραμετροποιημένων διαδικασιών, και το πέρασμα παράμετρες τιμής σε διαδικασίες. (Γ) Στην αναπαράσταση των δεδομένων αναφέρονται η έννοια της μεταβλητής, οι τοπικές παράμετροι διαδικασιών, η διάκριση μεταβλητών σταθερών, οι τοπικές παράμετροι διαδικασιών, η αρχικοποίηση μεταβλητών, οι τρόποι εμφάνισης μιας μεταβλητής στην οθόνη του υπολογιστή κατά την εκτέλεση του προγράμματος. (Δ) Στις προγραμματιστικές τεχνικές περιλαμβάνονται η αντιστοίχηση συμπεριφορών σε διαδικασίες, οι τρόποι αναπαράστασης αλγορίθμου (λεκτικόςπεριγραφικός, ψευδοκώδικας, πρόγραμμα), ο χαρακτηρισμός διαδικασιών ανάλογα με τον σκοπό που εξυπηρετούν σε δύο διαφορετικά αντικείμενα. (Ε) Στην επικοινωνία με το περιβάλλον του υπολογιστή και την αλληλεπίδραση με το χρήστη αναφέρονται στην ανίχνευση των αιτημάτων από τον χρήστη μέσω πληκτρολογίου με τεχνική polling και η επικοινωνία με το χρήστη μέσω χειριστηρίου. Τέλος όσον αφορά την ανάδειξη της Υπολογιστικής Σκέψης γίνονται αναφορές στη σπειροειδή προσέγγιση στην επίλυση προβλήματος, στην εκσφαλμάτωση & τη βελτιστοποίηση της λύσης, στα επίπεδα αφαίρεσης και την απόκρυψη από αυτά των λεπτομερειών.

32

33

34 Ενότητα μαθημάτων 5. Αγώνες τηλεχειριζόμενων ρομπότ Στην παρούσα ενότητα το προτεινόμενο αυθεντικό & νοηματοδοτούμενο αφήγημα είναι να συνυπάρξουν δύο εικονικά τηλεχειριζόμενα εικονικά ρομπότ και μέσω αυτών οι οδηγοί τους να διαγωνίζονται. (Α) Οι χρησιμοποιούμενες εντολές όσον αφορά την προγραμματιστική δομή είναι η χρήση συνθηκών αποφάσεων σε εντολές επιλογών και επανάληψεων. (Β) Στην αναπαράσταση του κώδικα αναφέρονται τα δεδομένα ως συντελεστές τμηματοποίησης του κώδικα. (Γ) Στην αναπαράσταση των δεδομένων αναφέρονται η ονοματολογία δεδομένων (ονόματα) και η αντιπαραβολή με την ονοματολογία διαδικασιών (ενέργειες ρήματα), οι σταθερές και μεταβλητές ως δεδομένα, οι καθολικές μεταβλητές τοπικές μεταβλητές / εσωτερικές σε αντικείμενο (καθολικότητα και τοπικότητα δεδομένων), η διάκριση των μεταβλητών του συστήματος από τις μεταβλητές που ορίζονται από τον προγραμματιστή, η μεταβλητή σε ρόλο αθροιστή και η πατρότητα των μεταβλητών. (Δ) Στις προγραμματιστικές τεχνικές περιλαμβάνονται η δημιουργία ευπροσάρμοστου / προσαρμόσιμου προγράμματος με χρήση σταθερών (αντί τιμών) και η επεκτασιμότητα του κώδικα. (Ε) Στην επικοινωνία με το περιβάλλον του υπολογιστή και την αλληλεπίδραση με το χρήστη αναφέρονται στην ανίχνευση των αιτημάτων από τον χρήστη μέσω πληκτρολογίου με τεχνική polling και η επικοινωνία με το χρήστη μέσω χειριστηρίου. Τέλος όσον αφορά την ανάδειξη της Υπολογιστικής Σκέψης γίνονται αναφορές στη σπειροειδή προσέγγιση στην επίλυση προβλήματος, στην εκσφαλμάτωση & τη βελτιστοποίηση της λύσης, στα επίπεδα αφαίρεσης και την απόκρυψη από αυτά των λεπτομερειών.

35

36

37 Οδηγίες χρήσης του εκπαιδευτικού υλικού Το Πρόγραμμα Σπουδών και τα εκπαιδευτικά σενάρια που το συνοδεύουν απευθύνονται στους εκπαιδευτικούς που θα κληθούν να διδάξουν το γνωστικό αντικείμενο. Το εκπαιδευτικό υλικό δεν είναι "ευαγγέλιο" αλλά προτείνει τρόπους για το πως θα επιτευχθούν οι στόχοι που τίθενται από το Πρόγραμμα Σπουδών. Το εκπαιδευτικό υλικό δεν είναι πασπαρτού για κάθε χρήση και ο εκπαιδευτικός δεν είναι δεσμευμένος να ακολουθήσει πιστά τα εκπαιδευτικά σενάρια αλλά καλείται να δημιουργήσει το δικό του υλικό παίρνοντας στοιχεία από τα σενάρια και εναρμονίζοντάς τα με το προσωπικό του στυλ διδασκαλίας και εξειδικεύοντάς τα, λαμβάνοντας υπόψη τους συγκεκριμένους μαθητές στους οποίους απευθύνεται. Τέλος ο εκπαιδευτικός πρέπει να διαθέτει εναλλακτικές επιλογές για κάθε εκπαιδευτικό σενάριο έτσι ώστε να μπορεί να προσφέρει διαφοροποιημένη διδασκαλία σε κάθε μαθητή ξεχωριστά στην τάξη του και όχι να απευθύνεται σε έναν (άνευ ουσίας) μέσο όρο των μαθητών του. Μια σημείωση με πρακτική σημασία Στις ερωτήσεις πολλαπλών επιλογών (α) είναι δυνατόν να υπάρχουν περισσότερες της μιας σωστές απαντήσεις και (β) αυτές οι (σωστές) απαντήσεις σημειώνονται με μπλε χρώμα. Μια διδακτική συμβουλή προς τον εκπαιδευτικό Δημιουργείστε ένα μαθησιακό περιβάλλον με εκπαιδευτικό υλικό τέτοιο που να δίνει χώρο και χρόνο στους μαθητές σας να αυτενεργήσουν, να ψάξουν μόνοι τους για τις λύσεις, να μάθουν πως να μαθαίνουν. Η διδασκαλία από μέρους σας όλης της ύλης, χωρίς αυτή να κατακτιέται από τους μαθητές είναι χωρίς αντίκρισμα.